爆破拆除设计中重要参数的计算分析

汪小艳

（重庆市爆破工程建设有限责任公司，重庆 400020）

1 工程概况

某拟拆除爆破工程位于重庆市渝北区统景镇，待拆建筑地面以上部分共有18层。建筑结构为框剪结构，墙厚200mm，板厚100mm，电梯井墙厚200mm,楼梯为现浇楼梯。所有楼层均已完成墙体填充工作，填充墙材料为多孔页岩砖，墙厚200mm。

待拆建筑的周边关系为：待拆建筑总体呈坐东向西的走向，西面正对河道，距河道最远13.0m，最近8.0m，低于待拆建筑（标高±0m）7.0m的河岸埋有一处沿河岸布置的天然气管线，河道宽40.0m左右，河对岸100.0m处建有民房；东面是一栋四层楼房，最小间距10.0m，待拆建筑与楼房之间存有施工围墙，墙高2.5m，施工围墙与楼房之间留有人行通道；南面为该项目已停工工地，施工围墙外为统黄路，待拆建筑距统黄路24.0～63.0m，统黄路邻施工围墙侧立有民用电线杆，杆上附有通信光缆，贯穿停工工地通向河对岸；北面为岸坡，岸坡东侧建有一栋四层楼房，距待拆建筑最近处为5.0m（图1）。

图1 爆破区域总平面图

2 工程重难点

（1）待拆建筑周围环境复杂，特别是与居民楼的最近距离仅有5.0m。由于待拆建筑位于人口密集区，车流与人流量大，且周边建筑环境非常复杂，因此必须严格控制爆破有害效应[1]。

（2）拆除高度大。需拆除的建筑物18层楼高，约60.0m左右，为A级爆破。

（3）工程量较大。本次拟拆除的建筑约16000m2，在爆破前要对楼体非承重墙进行预拆除工作；将楼体沿L轴切割分为A、B栋的作业量大 （具体分割部位见图2）；承重墙（剪力墙）、柱的打眼工作量同样较为庞大。

图2 楼房主体切割平面图

（4）待拆建筑结构复杂。该楼为18层核心筒框剪薄壁结构，整体构成要素较多。

3 总体拆除方案

3.1 爆破总体方案设计

为最大程度减小爆破施工造成的不利影响，特别是出于对待拆建筑东、北侧最近距离仅5.0m民房的保护考虑，要求爆破倒塌方向为南侧的御临河方向，且应解体充分，防止后坐损坏被保护建筑[2]。因此在进行爆破设计时，先将楼体确定为沿L轴人工预先切割成独立的A、B两个部分，如图3所示；再分别设计两部分爆破缺口，爆破时先起爆距离被保护建筑较远的B栋部分，让出倒塌空间后再起爆A栋部分。

图3 框架结构爆破倾倒缺口高度计算示意图

3.2 爆破预处理

在确保待拆除建筑物稳定的前提下，为达到预期的爆破效果，减少钻孔工作量，保证待爆建筑按照设计方向倒塌，必须在爆破前对建筑物进行预处理：

（1）将整栋楼沿楼梯L轴预切割成A、B两栋独立建筑；

（2）非承重墙预处理。第1—8层非承重墙用人工配合小型机械预拆除；

（3）楼梯预处理。第1—8层楼梯预先拆分成多个小段，破坏其刚性，便于爆破时解体充分；

（4）楼板预处理。采用风镐或人工作业在楼板上凿出多条垂直于倒塌方向的小槽，保证楼体解体充分。

3.3 爆破参数设计

3.3.1 炸高的确定

在楼体倒塌过程中，当爆破缺口上部与地面完全闭合时楼体重心正好在经过触点B＇的垂直线上。由几何关系得，若要楼体失稳倒塌，就要求a≥a1，根据三角形相似原理可得：

代换得：

解得缺口最小高度：

式中：H为楼体重心高度；L为楼体宽度。

待拆建筑的楼高为54m，其重心高度H=27m。

①L轴到S轴的距离L=12.1m

故A部分的爆高N定为5m。

②B轴到J轴的距离L=17.4m

故B部分的爆高N定为12m。

3.3.2 爆破缺口底边长的计算

待拆建筑墙体为钢筋混凝土结构，其比重约为2551kg/m3，墙体长度1m、厚度0.2m、高度3m的任一墙体积为1m×3m×0.2m=0.6m3，故计算得出1m墙的质量为M=2551×0.6=1531kg。

沿L轴切割墙体，A栋楼体墙的总长度约为85m，楼板的面积为286m2；B栋楼体墙的总长度为228m，楼板面积为592m2（图4）。

图4 截面柱面积示意图

A栋楼体总重MA=（85×1531+286×0.1×2551）×18=3656t；

B栋楼体总重MB=（228×1531+592×0.1×2551）×18=9002t；

A栋楼体柱的截面积总和为8.63 m2，所受轴压为4152kPa；

B栋楼体柱的截面积总和为17.93 m2，所受轴压为4920kPa。

待拆建筑支撑体结构的钢筋混凝土均为C25，所能承受的轴压为25MPa。当爆破切口过大，保留的支撑体柱面积过小时，混凝土达到极限强度后会被压碎，导致楼体下坐或后坐。为避免发生此情况，需计算被保留支座总截面积，结果如下：

A栋SA=（3656×9.8）/（25×103）=1.39 m2；

B栋SB=（9002×9.8）/（25×103）=3.53 m2。

分析楼体的结构平面图并计算可得，A栋楼体设计支座截面积总计为2.69 m2，大于SA=1.39 m2，满足支座承载力要求，据此A栋楼体爆破梯形缺口底部长度为10.0m；B栋楼体设计支座截面积总计为5.03 m2，大于SB=3.53 m2，满足支座承载力要求，据此B栋楼体爆破梯形缺口底部长度为14.3m。

3.3.3 其他爆破参数

（1）钢混立柱炮孔布置和爆破参数设计：20cm×20cm、20cm×25cm、20cm×30cm钢混立柱布—排 孔 ，22cm×40cm、24cm×40cm、20cm×40cm、20cm×45cm钢混立柱布两 排 孔 ，20cm×50cm、20cm×55cm钢混立柱布三 排 孔 ，20cm×60cm、20cm×65cm钢混立柱布四 排 孔 ，20cm×70cm、20cm×80cm钢混立柱布五排孔（图5）。

图5 立柱炮孔布置图（炸高2m）

（2）剪力墙炮孔布置和爆破参数设计：厚度=0.20 m的剪力墙采用梅花形布孔方式，底排距地坪0.30m，孔距a=0.25m，排距b=0.20m，炮孔直径d=ф40mm，孔深L=0.15m（图6）。

图6 厚20cm墙炮孔布置图(炸高2m）

（3） 梁炮孔布置： 梁采用20cm×40cm、20cm×45cm、20cm×50cm、20cm×55cm、20cm×60cm、20cm×65cm、20cm×70cm、20cm×80cm和15cm×30cm、15cm×40cm等几种断面类型。

3.3.4 爆破网络设计

沿建筑物倒塌方向，爆区由西向东分布。B栋先爆破，选用非电雷管段别为HS1、HS2、HS3；3秒钟后，A栋爆破，选用非电雷管段别为HS10、HS11和HS12（图7）。

图7 爆破切口及雷管分布示意图

4 爆破安全校核

拆除爆破施工过程中，药包数量多、分散，设置在建筑物的柱、墙及梁上，爆破产生的震动先通过建筑物传向大地再由地面传至相邻建筑物，与集中装药近地表爆破引起的震动相比，其强度微乎其微。但高楼倒塌时对地冲击引起的震动远大于爆破本身产生的震动，因此该工程主要考虑落地冲击产生的震动值。

爆破切口形成后，建筑物在自身重力作用下沿设计倾倒方向倒塌，根据中国科学院力学所修正后的公式计算倒塌触地冲击震动值[3]：

经计算得，该建筑物倒塌时对地冲击引发的振动速度值为1.92cm/s，小于中华人民共和国国家标准 《爆破安全规程》（GB 6722—2014）[4]规定的一般砖房、大型非抗震砌块建筑物质点的安全振动速度最小允许值2.0cm/s（主振频率＜10Hz时），不会对被保护楼体造成损坏。

5 结语

在进行高楼爆破设计时精确设计爆破切口是保证爆破拆除成功的关键，在设计爆破切口参数值时，对炸高、爆破切口长度、支撑部分承载力的计算以及起爆网络等要素的设计直接决定爆破拆除的成败，因此在房屋的爆破方案设计中，这几项参数的计算尤为重要。本文以重庆市某工程的爆破拆除为例，探讨了复杂环境下爆破方案的设计重点，详细计算并分析了爆破中的重要参数，可为同类工程的设计提供相关参考。